Dissolved Black Carbon Facilitates the Photodegradation of Microplastics via Molecular Weight-Dependent Generation of Reactive Intermediates

微塑料 光降解 化学 环境化学 炭黑 溶解有机碳 碳纤维 催化作用 有机化学 材料科学 光催化 复合数 复合材料 天然橡胶
作者
Qin Ou,Yanghui Xu,Xintu Wang,Jan Peter van der Hoek,Guo Yu,Gang Liu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c03831
摘要

Photodegradation of microplastics (MPs) induced by sunlight plays a crucial role in determining their transport, fate, and impacts in aquatic environments. Dissolved black carbon (DBC), originating from pyrolyzed carbon, can potentially mediate the photodegradation of MPs owing to its potent photosensitization capacity. This study examined the impact of pyrolyzed wood derived DBC (5 mg C/L) on the photodegradation of polystyrene (PS) MPs in aquatic solutions under UV radiation. It revealed that the photodegradation of PS MPs primarily occurred at the benzene ring rather than the aliphatic segments due to the fast attack of hydroxyl radical (•OH) and singlet oxygen (1O2) on the benzene ring. The photosensitivity of DBC accelerated the degradation of PS MPs, primarily attributed to the increased production of •OH, 1O2, and triplet-excited state DBC (3DBC*). Notably, DBC-mediated photodegradation was related to its molecular weight (MW) and chemical properties. Low MW DBC (<3 kDa) containing more carbonyl groups generated more •OH and 1O2, accelerating the photodegradation of MPs. Nevertheless, higher aromatic phenols in high MW DBC (>30 kDa) scavenged •OH and generated more O2-, inhibiting the photodegradation of MPs. Overall, this study offered valuable insights into UV-induced photodegradation of MPs and highlighted potential impacts of DBC on the transformation of MPs.
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